Riassunto analitico
In Fluidodinamica uno dei temi attualmente più discussi e dibattuti dalla comunità scientifica è lo studio del flusso attorno a corpi tozzi, a causa della vastità di applicazioni nell’Ingegneria quale quella Civile e del Vento, oltre che nella ricerca scientifica pura. Informazioni sull'aerodinamica di siffatti corpi può essere di ausilio nella progettazione di ponti a lunga campata, grattacieli etc.
Si è scelto di assumere una geometria semplice rettangolare come caso emblematico e significativo per ricondursi poi a geometrie più complesse. A sottolineare il grande interesse destato in vari ambiti su tale configurazione nel 2008 è stato proposto un ‘Benchmark on the Aerodynamics of a 5:1 Rectangular Cylinder’, dove la scelta del fattore di proporzione L/H=5 è da ricondursi alla possibilità di osservare fenomeni di separazione e riattacco del flusso.
L’obiettivo di questo lavoro è la descrizione del flusso e del trasporto dello scalare passivo, cioè il trasporto della temperatura e l’entità dello scambio termico. Il metodo utilizzato non prevede un modello per la rappresentazione della turbolenza, ma consiste nella risoluzione numerica diretta (DNS) delle equazioni di Navier-Stokes, servendoci di un codice open-source basato sul metodo agli elementi spettrali, quale Nek5000.
I Parametri che caratterizzano la simulazione sono Re=3000 ed il numero di Peclet Pe=2130. Il grado del polinomio scelto per interpolare il campo di velocità sulla griglia definita dagli elementi spettrali è pari a 5, raggiungendo così un livello di accuratezza nella ricezione dati sostanzialmente più elevato che in precedenti lavori.
I risultati sono stati analizzati mediante metodi statistici applicati allo studio di campi istantanei, considerando grandezze mediate nel tempo e nello spazio e sfruttando l’omogeneità lungo la direzione trasversale. Tra i risultati trovano ampio spazio il comportamento del coefficiente di pressione cp e la sua varianza, oltre che il coefficiente di attrito cf, il quale risulta determinante per l’individuazione delle macroregioni del flusso. Oggetto di indagine sono anche il campo medio di velocità e le sue fluttuazioni di natura turbolenta. Ampio spazio è dato ai campi medi della temperatura e alle sue derivate, con il fine di valutare l’influenza dei fenomeni dinamici sullo scambio termico, di interesse pratico notevole nella progettazione di edifici a basso impatto ambientale. Inoltre, grazie allo studio del coefficiente di portanza è possibile determinare la frequenza con cui avviene il distacco dal corpo dei vortici in scia e l’entità delle sollecitazioni che gravano su esso.
I risultati di questo lavoro hanno come scopo quello di capire meglio i processi che caratterizzano il flusso attorno a questa tipologia di corpi, grazie al raggiungimento di un grado di dettaglio maggiore. Questo apre alla determinazione di un identikit accurato del flusso, assistendo la progettazione di casi di interesse pratico più estesi.
|
